DE112016003022T5 - Superconducting wire - Google Patents
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Abstract
Die vorliegende Erfindung betrifft einen supraleitender Draht, dessen elektrischen und physikalischen Eigenschaften verbessert werden.The present invention relates to a superconducting wire whose electrical and physical properties are improved.
Description
Gebiet der ErfindungField of the invention
Die vorliegende Erfindung betrifft einen supraleitenden Draht. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung einen supraleitenden Draht, auch als Supraleiterdraht bezeichnet, dessen elektrischen und physikalischen Eigenschaften verbessert werden.The present invention relates to a superconducting wire. In particular, the present invention relates to a superconducting wire, also referred to as superconducting wire, whose electrical and physical properties are improved.
Stand der TechnikState of the art
Bei den Supraleiterdrähten nähert sich der elektrische Widerstand bei der konstanten Temperatur null an, weshalb die Supraleiterdrähte auch bei der niedrigen, elektrischen Spannung eine große Stromübertragungsfähigkeit besitzen.In the superconducting wires, the electric resistance approaches zero at the constant temperature, and therefore the superconducting wires have a large current transfer capability even at the low electric voltage.
Beim solche Supraleiterdrähte aufweisenden, supraleitenden Kabel werden in der Regel die Verfahren zum Kühlen des Kabels mittels eines Kältemittels, wie Stickstoff, etc. mittels welcher kyrogenische Umgebungen ausgebildet und aufrechterhalten werden können, und/oder die Verfahren zur Wärmeisolierung, mittels welcher Vakuumschichten ausgebildet werden können, verwendet.In the superconducting wires having such superconducting wires, the methods for cooling the cable by means of a refrigerant such as nitrogen, etc. by means of which kyrogenic environments can be formed and maintained, and / or the heat insulating methods by means of which vacuum layers can be formed are usually used , used.
Werden die Supraleiterdrähte, die zum Aufbauen eines bisher vorgestellten, supraleitenden Kabels dienen, zur Herstellung dieses Kabels auf eine Trommel, etc. in einem Zustand aufgewickelt, bei dem sie an einer Außenseite eines Formkörpers, etc. spiral gewunden sind, oder das supraleitende Kabel in einer Verlegungsstrecke gebogen, dann könnten dauerhafte Verspannungen oder Verdrehungen ausgeübt werden, wodurch resultierende Stresse die Probleme, wie, z. B. die Unterbrechung oder dergleichen der nur die Dicke von ca. 0,1 mm aufweisenden Supraleiterdrähte verursachen könnten. Insbesondere weil der Kostenanteil der Supraleiterdrähte von den Bestandteilen des gesamten Kabels am größten ist, ist eine Dauerhaltbarkeit oder eine physikalische Zuverlässigkeit der Supraleiterdrähte erforderlich.Are the superconducting wires used to construct a previously proposed superconducting cable wound up to make a drum, etc. in a state where they are wound spirally on an outside of a molded body, etc., or the superconducting cable is wound into a drum bent a Verlegungsstrecke, then permanent tension or twists could be exercised, thereby resulting stress the problems such. B. the interruption or the like could cause only the thickness of about 0.1 mm having superconducting wires. In particular, because the cost portion of the superconducting wires is largest of the components of the entire cable, durability or physical reliability of the superconducting wires is required.
Ferner dürfen die Supraleiterdrähte in den Situationen, bei denen die physikalischen Stresse, wie Verspannungen oder Verdrehungen, etc., ausgeübt sind, nur einfach nicht zerstört oder verformt werden, wobei auch ihre stabilen, elektrischen Eigenschaften darüber hinaus gewährleiset werden müssen.Further, in the situations where the physical stresses such as strains or twists, etc., are exerted, the superconducting wires are simply not allowed to be destroyed or deformed, and their stable electrical properties must be moreover ensured.
Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention
Technische AufgabeTechnical task
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen supraleitenden Draht, dessen elektrischen und physikalischen Eigenschaften verbessert werden, bereitzustellen.The invention is therefore based on the object to provide a superconducting wire whose electrical and physical properties are improved.
Technische Lösung der AufgabeTechnical solution of the task
Zur Lösung der gestellten Aufgabe wird erfindungsgemäß ein supraleitender Draht vorgeschlagen, welcher eine Breite von 0,4 mm bis 0,5 mm und eine Dicke von 0,3 mm bis 0,5 mm besitzt, und unter der Verwendung eines supraleitenden Materials, wie YBCO oder ReBCO (Re = Sm, Gd, Nd, Dy, HO) hergestellt wird, wobei sein Schwellenstrom (DC Ic) im Eigenfeld bei Temperatur von 77 K unter Luftdruck von 1 bar 150 A bis 500 A betragen kann.To achieve the object, according to the invention, a superconducting wire is proposed which has a width of 0.4 mm to 0.5 mm and a thickness of 0.3 mm to 0.5 mm, and using a superconducting material such as YBCO or ReBCO (Re = Sm, Gd, Nd, Dy, HO) is prepared, wherein its threshold current (DC Ic) in the self-field at a temperature of 77 K under atmospheric pressure of 1 bar 150 A to 500 A can be.
Hierbei kann es vorgesehen sein, dass, nachdem der obige supraleitende Draht mittels zwei Rollen mit jeweils einem Durchmesser von 35 mm sukzessive richtungswechselnd gebogen wurde, sein Schwellenstrom beim Anlegen einer Biegebelastung 95 Prozent oder mehr des vorstehenden Schwellenstroms betragen kann.Here, it may be provided that after the above superconducting wire has been successively bent by two rolls each having a diameter of 35 mm, its threshold current when applying a bending load may be 95 percent or more of the above threshold current.
Ferner kann es vorgesehen sein, dass der obige supraleitende Draht derart ausgebildet ist, dass, nachdem er mittels vier Rollen mit jeweils einem Durchmesser von 50 mm sukzessive richtungswechselnd gebogen wurde, sein Schwellenstrom beim Anlegen einer doppelten Biegebelastung auch 95 Prozent oder mehr des vorstehenden Schwellenstroms betragen kann.Further, it may be arranged that the above superconducting wire is formed such that after being successively bent by four rolls each having a diameter of 50 mm, its threshold current when applying a double bending load is also 95 percent or more of the above threshold current can.
Und kann es vorgesehen sein, dass der obige supraleitende Draht derart ausgebildet ist, dass sein Anspannungs-Schwellenstrom beim Anlegen einer Längsspannkraft von 250 MPa oder einer ihn um 0,2 ausstreckenden Längsspannkraft an ihn auch 95 Prozent oder mehr des vorstehenden Schwellenstroms betragen kann.And, it may be arranged that the above superconducting wire is formed such that its threshold threshold current when applying a longitudinal clamping force of 250 MPa or a longitudinal clamping force to it by 0.2 can also amount to 95 percent or more of the above threshold current.
Außerdem kann es vorgesehen sein, dass der obige supraleitende Draht derart ausgebildet ist, dass sein Verdrehungs-Schwellenstrom in einem Zustand, bei dem er im Abstand von 200 mm in eine Längsrichtung verdreht ist, auch 95 Prozent oder mehr des vorstehenden Schwellenstroms betragen kann.In addition, it may be arranged that the above superconducting wire is formed such that its torsional threshold current in a state of being twisted 200 mm apart in a longitudinal direction may also be 95% or more of the above threshold current.
Ferner kann es auch vorgesehen sein, dass ein Schwellenstrom des obigen supraleitenden Drahtes beim Anlegen einer Last von 3 kg bis 8 kg an diesen supraleitenden Draht in eine Längsrichtung dessen in einem Zustand, bei dem dieser supraleitende Draht auf einem Formkörper des supraleitenden Kabels mit einer Steigung von mehr oder weniger um 220 mm gewunden ist, 95 Prozent oder mehr des vorstehenden Schwellenstroms betragen kann.Further, it may be also provided that a threshold current of the above superconducting wire when applying a load of 3 kg to 8 kg to this superconducting wire in a longitudinal direction thereof in a state in which this superconducting wire on a shaped body of the superconducting cable with a slope of more or less 220 mm, may be 95 percent or more of the above threshold current.
Ferner kann es vorgesehen sein, dass der obige supraleitende Draht derart ausgebildet ist, dass mehrere Drähte mit einer Einheit von 200 m bis 400 m aneinander gefügt werden, wobei ein elektrischer Widerstand einer Fügestelle 200 nΩ oder weniger sein kann.Furthermore, it can be provided that the above superconducting wire is formed such that a plurality of wires are joined together with a unit of 200 m to 400 m, wherein an electric Resistance of a joint may be 200 nΩ or less.
Hierbei kann es vorgesehen sein, dass ein Fügewiderstand der Fügestelle derart ausgewählt wird, dass dieser Fügewiderstand pro Fügestelle, an der die Last von 3 kg bis 8 kg in eine Längsrichtung in einem Zustand angelegt wird, bei dem der obige supraleitende Draht auf einem Formkörper des supraleitenden Kabels mit einer Steigung von mehr oder weniger um 220 mm gewunden ist, 240 nΩ oder weniger ist, oder gegenüber einem Fügewiderstand eines normalen Zustandes um 20 Prozent oder weniger erhöht wird.Here, it may be provided that a joint resistance of the joint is selected such that this joint resistance per joint to which the load of 3 kg to 8 kg is applied in a longitudinal direction in a state where the above superconducting wire is applied to a molded body of the superconducting cable is wound at a pitch of more or less 220 mm, 240 nΩ or less, or increased by 20 percent or less against a joint resistance of a normal condition.
Hierbei kann es vorgesehen sein, dass der obige supraleitende Draht derart ausgebildet ist, dass sein Schwellenstrom in einem Zustand, bei dem er in einem Flüssigstickstoff beim Luftdruck von 30 atm für 16 Stunden eingetaucht ist, auch 95 Prozent oder mehr des vorstehenden Schwellenstroms betragen kann.Here, it may be provided that the above superconducting wire is formed so that its threshold current in a state where it is immersed in a liquid nitrogen at the atmospheric pressure of 30 atm for 16 hours may also be 95 percent or more of the above threshold current.
Ferner kann es vorgesehen sein, dass ein Gradient einer elektrischen Spannung gegenüber einem elektrischen Strom, der gleich ist wie oder größer ist als der vorstehende Schwellenstrom, 25 bis 30 beträgt.Furthermore, it can be provided that a gradient of an electrical voltage with respect to an electric current that is equal to or greater than the above threshold current is 25 to 30.
Ferner kann es vorgesehen sein, dass ein Wechselstromverlust des obigen supraleitenden Drahtes 0,4 W/kA·m oder weniger ist.Further, it may be provided that an AC loss of the above superconducting wire is 0.4 W / kA · m or less.
Zur Lösung der oben gestellten Aufgabe kann die vorliegenden Erfindung einen supraleitenden Draht bereitstellen, welcher eine Breite von 0,4 mm bis 0,5 mm und eine Dicke von 0,3 mm bis 0,5 mm besitzt, und unter der Verwendung eines supraleitenden Materials, wie YBCO oder ReBCO (Re = Sm, Gd, Nd, Dy, HO) hergestellt wird, dadurch gekennzeichnet, dass ein Schwellenstrom (DC Ic) im Eigenfeld bei Temperatur von 77 K unter Luftdruck von 1 bar 150 A bis 500 A beträgt; dass ein Schwellenstrom in den folgenden Fällen 90 prozent oder mehr des vorstehenden Schwellenstroms (DC Ic) in zufriedenstellender Weise erreicht: nämlich in dem Fall bei dem eine Biegebelastung nach dem sukzessive richtungswechselnden Biegen des obigen supraleitenden Drahtes mittels zwei Rollen mit jeweils einem Durchmesser von 35 mm angelegt wird, oder bei dem eine doppelte Biegebelastung nach dem sukzessive richtungswechselnden Biegen des obigen supraleitenden Drahtes mittels vier Rollen mit jeweils einem Durchmesser von 50 mm angelegt wird, oder bei dem eine Längsspannkraft von 250 MPa oder eine den Draht um 0,2% ausstreckende Längsspannkraft an den obigen supraleitenden Draht angelegt wird, oder bei dem der obige supraleitende Draht im Abstand von 200 mm in eine Längsrichtung verdreht wird, oder bei dem eine Last von 3 kg bis 8 kg in einem Zustand, in dem dieser supraleitende Draht auf einem Formkörper des supraleitenden Kabels mit einer Steigung von mehr oder weniger um 220 mm gewunden ist, an den obigen supraleitenden Draht in eine Längsrichtung dessen angelegt wird, oder bei einem Zustand, in dem der obige supraleitende Draht in einem Flüssigstickstoff, bei dem ein Innendruck vom ca. 30 atm aufrechterhalten ist, für 16 Stunden eingetaucht ist; dass der obige supraleitende Draht derart ausgebildet ist, dass mehrere Drähte mit einer Einheit von 200 m bis 400 m aneinander gefügt werden, wobei ein elektrischer Widerstand einer Fügestelle 200 nΩ oder weniger ist, und wobei der Fügewiderstand der Fügestelle derart ausgewählt wird, dass dieser Fügewiderstand pro Fügestelle, an der die Last von 3 kg bis 8 kg in eine Längsrichtung in einem Zustand angelegt wird, bei dem der obige supraleitende Draht auf dem Formkörper des supraleitenden Kabels mit einer Steigung von mehr oder weniger um 220 mm gewunden ist, 240 nΩ oder weniger ist, oder gegenüber einem Fügewiderstand eines normalen Zustandes um 20 Prozent oder weniger erhöht wird; dass ein Gradient einer elektrischen Spannung gegenüber einem elektrischen Strom, der gleich ist wie oder größer ist als der vorstehende Schwellenstrom, 25 bis 30 beträgt; und dass ein Wechselstromverlust des obigen supraleitenden Drahtes 0,4 W/kA·m oder weniger ist.To achieve the above object, the present invention can provide a superconducting wire having a width of 0.4 mm to 0.5 mm and a thickness of 0.3 mm to 0.5 mm, and using a superconducting material How YBCO or ReBCO (Re = Sm, Gd, Nd, Dy, HO) is prepared, characterized in that a threshold current (DC Ic) in the self-field at a temperature of 77 K under atmospheric pressure of 1 bar 150 A to 500 A; That is, a threshold current satisfactorily reaches 90 percent or more of the above threshold current (DC Ic) in the following cases: namely, in the case where a bending load after the successive turn of the above superconducting wire is caused by two rollers each having a diameter of 35 mm is applied, or in which a double bending load after the successive directional bending of the above superconducting wire by means of four rolls each having a diameter of 50 mm is applied, or in which a longitudinal clamping force of 250 MPa or 0.2% extending the wire longitudinal clamping force is applied to the above superconducting wire, or in which the above superconducting wire is twisted at a pitch of 200 mm in a longitudinal direction, or at a load of 3 kg to 8 kg in a state in which this superconducting wire on a shaped body of the superconducting cable with a slope of more or less around 2 20 mm is wound on the above superconducting wire in a longitudinal direction thereof or in a state where the above superconducting wire is immersed in a liquid nitrogen in which an internal pressure of about 30 atm is maintained for 16 hours; that the above superconducting wire is formed so as to join a plurality of wires having a unit of 200 m to 400 m, with an electrical resistance of a
Zur Lösung der oben gestellten Aufgabe kann die vorliegenden Erfindung ferner einen supraleitenden Draht bereitstellen, welcher eine Breite von 0,4 mm bis 0,5 mm und eine Dicke von 0,3 mm bis 0,5 mm besitzt, und unter der Verwendung eines supraleitenden Materials, wie YBCO oder ReBCO (Re = Sm, Gd, Nd, Dy, HO) hergestellt wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufblasung des obigen supraleitenden Drahtes in einem Zustand, bei dem dieser in einem Flüssigstickstoff, bei dem ein Innendruck vom ca. 30 atm aufrechterhalten ist, für 16 Stunden eingetaucht ist, nicht visuell beobachtet wird.To achieve the above object, the present invention can further provide a superconducting wire having a width of 0.4 mm to 0.5 mm and a thickness of 0.3 mm to 0.5 mm, and using a superconducting wire Material, such as YBCO or ReBCO (Re = Sm, Gd, Nd, Dy, HO) is produced, characterized in that the inflation of the above superconducting wire in a state in which this in a liquid nitrogen, wherein an internal pressure of about 30 atm is maintained, immersed for 16 hours, is not visually observed.
Zur Lösung der oben gestellten Aufgabe kann die vorliegenden Erfindung darüber hinaus einen supraleitenden Draht bereitstellen, welcher eine Breite von 0,4 mm bis 0,5 mm und eine Dicke von 0,3 mm bis 0,5 mm besitzt, und unter der Verwendung eines supraleitenden Materials, wie YBCO oder ReBCO (Re = Sm, Gd, Nd, Dy, HO) hergestellt wird, dadurch gekennzeichnet, dass ein Schwellenstrom (DC Ic) im Eigenfeld bei Temperatur von 77 K unter Luftdruck von 1 bar 150 A bis 500 A beträgt; dass ein Schwellenstrom in den folgenden Fällen 90 prozent oder mehr des vorstehenden Schwellenstroms (DC Ic) in zufriedenstellender Weise erreicht: nämlich in dem Fall bei dem eine Biegebelastung nach dem sukzessive richtungswechselnden Biegen des obigen supraleitenden Drahtes mittels zwei Rollen mit jeweils einem Durchmesser von 35 mm angelegt wird, oder bei dem eine doppelte Biegebelastung nach dem sukzessive richtungswechselnden Biegen des obigen supraleitenden Drahtes mittels vier Rollen mit jeweils einem Durchmesser von 50 mm angelegt wird, oder bei dem eine Längsspannkraft von 250 MPa oder eine den Draht um 0,2 ausstreckende Längsspannkraft an den obigen supraleitenden Draht angelegt wird, oder bei dem der obige supraleitende Draht im Abstand von 200 mm in eine Längsrichtung verdreht wird, oder bei dem eine Last von 3 kg bis 8 kg in einem Zustand, in dem dieser supraleitende Draht auf einem Formkörper des supraleitenden Kabels mit einer Steigung von mehr oder weniger um 220 mm gewunden ist, an den obigen supraleitenden Draht in eine Längsrichtung dessen angelegt wird, oder bei einem Zustand, in dem der obige supraleitende Draht in einem Flüssigstickstoff, bei dem ein Innendruck vom ca. 30 atm aufrechterhalten ist, für 16 Stunden eingetaucht ist; dass der obige supraleitende Draht derart ausgebildet ist, dass mehrere Drähte mit einer Einheit von 200 m bis 400 m aneinander gefügt werden, wobei ein elektrischer Widerstand einer Fügestelle 200 nΩ oder weniger ist, und wobei der Fügewiderstand der Fügestelle derart ausgewählt wird, dass dieser Fügewiderstand pro Fügestelle, an der die Last von 3 kg bis 8 kg in eine Längsrichtung in einem Zustand angelegt wird, bei dem der obige supraleitende Draht auf dem Formkörper des supraleitenden Kabels mit einer Steigung von mehr oder weniger um 220 mm gewunden ist, 240 nΩ oder weniger ist, oder gegenüber einem Fügewiderstand eines normalen Zustandes um 20 Prozent oder weniger erhöht wird; dass ein Gradient einer elektrischen Spannung gegenüber einem elektrischen Strom, der gleich ist wie oder größer ist als der vorstehende Schwellenstrom, 25 bis 30 beträgt; dass ein Wechselstromverlust des obigen supraleitenden Drahtes 0,4 W/kA·m oder weniger ist; und dass die Aufblasung des obigen supraleitenden Drahtes in einem Zustand, bei dem dieser in einem Flüssigstickstoff, bei dem ein Innendruck vom ca. 30 atm aufrechterhalten ist, für 16 Stunden eingetaucht ist, nicht visuell beobachtet wird.To achieve the above object, the present invention can further provide a superconducting wire having a width of 0.4 mm to 0.5 mm and a thickness of 0.3 mm to 0.5 mm, and using a superconducting material, such as YBCO or ReBCO (Re = Sm, Gd, Nd, Dy, HO), characterized in that a threshold current (DC Ic) in the self-field at a temperature of 77 K under atmospheric pressure of 1 bar 150 A to 500 A. is; That is, a threshold current satisfactorily reaches 90% or more of the above threshold current (DC Ic) in the following cases: namely, in the case where a bending load after the successively turning the above superconducting wire by means of two rollers each having a diameter of 35 mm is applied, or in which a double bending load after the successive directional bending of the above superconducting wire is applied by means of four rollers each having a diameter of 50 mm, or in which a longitudinal clamping force of 250 MPa or a longitudinal clamping force extending the wire by 0.2 is applied to the above superconducting wire or the above superconducting wire twisted 200 mm in a longitudinal direction, or in which a load of 3 kg to 8 kg in a state in which this superconducting wire is wound on a shaped body of the superconducting cable with a pitch of more or less by 220 mm, is applied to the above superconducting wire in a longitudinal direction thereof or in a state where the above superconducting wire is immersed in a liquid nitrogen in which an internal pressure of about 30 atm is maintained for 16 hours; that the above superconducting wire is formed so as to join a plurality of wires having a unit of 200 m to 400 m, with an electrical resistance of a
Günstiger Effekt der ErfindungFavorable effect of the invention
Bei einem supraleitenden Draht gemäß der vorliegenden Erfindung können die physikalischen Eigenschaften des supraleitenden Drahtes derart verstärkt werden, dass er die körperlichen Belastungen, wie Spannkraft und Verdrehung etc., die während des Herstellungs- und des Verlegungsvorgangs an den supraleitenden Draht angelegt werden könnten, ertragen kann.In a superconducting wire according to the present invention, the physical properties of the superconducting wire can be increased so that it can endure the physical stresses such as cocking force and twisting, etc., which may be applied to the superconducting wire during the manufacturing and laying operation ,
Bei einem supraleitenden Draht gemäß der vorliegenden Erfindung kann die physikalische Festigkeit des supraleitenden Drahtes verstärkt werden, so dass die Zerstörung, etc. des supraleitenden Drahtes verhindert werden kann sowie gleichzeitig sowohl die physikalische Festigkeit gegenüber der körperlichen Belastung als auch die elektrischen Eigenschaften zusammen gewährleistet werden können.In a superconducting wire according to the present invention, the physical strength of the superconducting wire can be enhanced so that the destruction, etc. of the superconducting wire can be prevented while ensuring both the physical strength against the physical stress and the electrical properties together ,
Mittels eines supraleitenden Drahtes gemäß der vorliegenden Erfindung kann die physikalische Festigkeit des supraleitenden Drahtes während des Herstellungs-, des Verlegungs- und des Anwendungsvorgangs des supraleitenden Kabels verbessert werden und gleichzeitig die elektrischen Eigenschaften gewährleistet werden, so dass die Herstellungskosten aufgrund der Ausschaltung, etc. des Supraleitenden Drahtes erheblich erspart werden können.By means of a superconducting wire according to the present invention, the physical strength of the superconducting wire during the manufacturing, laying and application operation of the superconducting cable can be improved while ensuring the electrical properties, so that the manufacturing cost due to the elimination, etc. of Superconducting wire can be saved considerably.
Kurze Beschreibung der ZeichnungenBrief description of the drawings
Es zeigen:Show it:
Bevorzugte Ausführungsbeispiele der ErfindungPreferred embodiments of the invention
Nachfolgend werden die bevorzugten Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. Allerdings sollte die Erfindung nicht auf die hier erklärten Ausführungsbeispiele beschränkt werden und kann in anderen Ausführungsformen konkret umgesetzt werden. Vielmehr sind die hier vorgeschlagenen Ausführungsbeispiele daher dazu vorgesehen, um die offenbarten Inhalte durchaus und vollständig ausführen und den Gedanke der Erfindung auf einen Fachmann ausreichend übertragen zu können. Über die ganze Beschreibung der vorliegenden Erfindung sind gleiche Bestandteile ferner mit gleichen Bezugszeichen versehen.Hereinafter, the preferred embodiments of the present invention will be explained in more detail with reference to the accompanying drawings. However, the invention should not be limited to the embodiments explained here and can be implemented concretely in other embodiments. Rather, the embodiments proposed here are therefore intended to fully and completely carry out the disclosed contents and to be able to sufficiently transfer the idea of the invention to a person skilled in the art. Throughout the description of the present invention, like components are also provided with like reference numerals.
Nachfolgend wird eine Grundstruktur eines supraleitenden Kabels erläutert, auf dem ein supraleitender Draht (auch als Supraleiterdraht bezeichnet) gemäß der vorliegenden Erfindung angewandt ist.Hereinafter, a basic structure of a superconducting cable to which a superconducting wire (also referred to as superconducting wire) according to the present invention is applied will be explained.
Das supraleitende, in
Nachfolgend werden die jeweiligen Bestandteile des supraleitenden Kabels nacheinanderfolgend analysiert: der Formkörper
Noch genauer gesagt, ist der Formkörper
Wie in
Die Roll als Rückleiter beim Entstehen des elektrischen Fehlerstroms im Stromnetz kann durch den aus den Leiterlitzen
Je nach der Kapazität des elektrischen Fehlerstroms kann eine Querschnittsfläche eines Leiters, wie z. B. Kupfer, etc. der eine Litze ausbildet, bestimmt werden, wobei be hoher elektrischer Spannung die Kupferlitzen kreisförmig zusammengedrückt und somit in einer verseilten Form ausgebildet werden können.Depending on the capacity of the electrical fault current, a cross-sectional area of a conductor, such. As copper, etc., which forms a strand, be determined, wherein be high electrical voltage, the copper strands can be compressed in a circle and thus formed in a stranded form.
Wie nachfolgend beschrieben, ist der supraleitende Draht gemäß der vorliegenden Erfindung an seinen beiden Oberflächen mit der elektrisch leitenden Schicht aus einem bei Normaltemperatur eine elektrische Leitfähigkeit besitzenden Metall versehen, damit seine mechanische Steifigkeit verstärkt werden kann. Diese elektrisch leitende Schicht kann durch das Verstärken der mechanischen Steifigkeit den supraleitenden Draht an der Unterbrechung, etc. aufgrund der Verdrehungsspannung beim Winden des supraleitenden Drahtes hindern.As described below, the superconducting wire according to the present invention is provided on both surfaces thereof with the electrically conductive layer of a metal having an electric conductivity at normal temperature so that its mechanical rigidity can be enhanced. This electrically conductive layer can be strengthened by increasing the mechanical rigidity of the superconducting wire at the break, etc. due to the twisting tension prevent the winding of the superconducting wire.
Da diese elektrisch leitende Schicht die mechanische Steifigkeit des supraleitenden Drahtes verstärken und gleichzeitig zusammen mit dem Formkörper die Rolle als Rückweg des elektrischen Fehlerstroms beim Entstehen des Unfalls, wie z. B. Kurzschlusses, etc. teilend ihre Rolle durchführen kann, kann der Formkörper des supraleitenden Kabels, auf dem der supraleitende Draht gemäß der vorliegenden Erfindung angewandt ist, einen kleineren Durchmesser aufweisen, als der andere Formkörper, d. h. der ein bisheriges, generelles supraleitendes Kabel aufbaut, worauf später noch genauer eingegangen wird.Since these electrically conductive layer reinforce the mechanical rigidity of the superconducting wire and at the same time together with the molded body, the role as the way back of the electrical fault current in the occurrence of the accident, such. Short circuit, etc., can perform their role, the molded body of the superconducting cable on which the superconducting wire according to the present invention is applied may have a smaller diameter than the other molded body, i. H. which builds a previous, general superconducting cable, which will be discussed in more detail later.
Da mehrere Stücke von den den Formkörper
Zwischen der Glättungsschicht
Ferner kann an der durch die Glättungsschicht geglätteten Außenseite des Formkörpers
Wie in
Beim in
Falls die supraleitende Leiterschicht mehrschichtig vorgesehen ist, kann ein Isolierband
Ist das Isolierband
Beim in
Weiterhin können die jeweiligen Supraleiterdrähte, die jede supraleitende Leiterschicht
Außerdem kann eine innere halbleitende Schicht
Die innere halbleitende Schicht
Daneben kann eine Isolierschicht
Dabei wird als Isolierpapier haupsächlich ein Kraftpapier oder Polypropylen-Lamellenapper (englisch: PPLP, Polypropylene Laminated Paper) verwendet. Für das supraleitende Kabel von den verschiedenen, papierisolierten Materialien wird das Polypropylen-Lamellenpapier unter Berücksichtigung der Eigenschaften, wie z. B. Einfachheit der Windungen, Isolierfestigkeit, etc. verwendet.In this case, a kraft paper or polypropylene lamella rapier (English: PPLP, Polypropylene Laminated Paper) is mainly used as insulating paper. For the superconducting cable of the various paper-insulated materials, the polypropylene laminate paper is prepared in consideration of the characteristics such B. simplicity of turns, insulation, etc. used.
Weiterhin kann die äußere halbleitende Leiterschicht
Außerdem kann eine supraleitende Schirmschicht
Dabei ist ein elektrischer Strom, der durch die aus den Supraleiterdrähten der zweiten Generation bestehende Schirmschicht fließt, so dimensioniert, dass er ca. 95% eines elektrischen Stroms beträgt, der durch die supraleitende Leiterschicht fließt, so dass ein magnetisches Streufeld minimiert werden kann.At this time, an electric current flowing through the shield layer composed of the second-generation superconducting wires is dimensioned to be about 95% of an electric current flowing through the superconducting conductor layer, so that stray magnetic field can be minimized.
Ferner kann an einer Außenseite der supraleitenden Schirmschicht
Auf diese Weise kann der Kern
Darüber hinaus kann ein Kühlteil
Dabei kann der in dem Kühlteil
Ferner kann ein inneres Metallrohr
Damit die Ausgangsleistung auch in der Situation, bei der diese mechanische Spannung ausgeübt wird, aufrechterhalten werden kann, kann das innere Metallrohr
Da das innere Metallrohr
Ferner kann am Außenumfang des inneren Metallrohrs
Da das innere Metallrohr
Und kann sich die Anzahl der Schichten des Wärmedämmteils
Ferner kann ein Vakuumteil
Daneben bildet der Vakuumteil
Hierbei kann der Vakuumteil
Dabei können die Abstandhalter
Hinsichtlich der Anzahl der Abstandhalter
Ferner kann der Werkstoff der Abstandhalter
Ferner kann der Abstandhalter
Dabei kann das Polytetrafluorethylen als Art vom Fluoroharz aufgrund einer starken chemischen Kombination zwischen einem Fluor und einem Kohlenstoff eine sehr stabile Verbindung ausbilden, so dass es die guten Eigenschaften, wie z. B. fast vollkommene chemische Inaktivität, Wärmebeständigkeit, Nicht-Haftfestigkeit, gute Isoliersicherheit, niedrigen Reibungsbeiwert oder dergleichen besitzt.In this case, the polytetrafluoroethylene as a type of fluorine resin due to a strong chemical combination between a fluorine and a carbon form a very stable compound, so that it has the good properties such. B. has almost complete chemical inactivity, heat resistance, non-adhesive strength, good insulating security, low coefficient of friction or the like.
Weiterhin weist das Polytetrafluorethylen eine gewisse Flexibilität, weshalb es den Wärmedämmteil
Dabei kann auch ein äußeres Metallrohr
Zudem kann auch an einer Außenseite des äußeren Metallrohrs
Da der das supraleitende Kabel aufbauende Supraleiterdraht englang die Längsrichtung des supraleitenden Kabels spiralförmig gewunden sind und somit eine Verdrehungsspannung auf den Supraleiterdraht dauerhaft ausgeübt wird, kann die Unterbrechung des Supraleiterdraht beim Herstellungs- oder Aufwickelvorgang des supraleitenden Kabels entstehen, wobei das supraleitende Kabel bei den Unfällen, wie z. B. Kurzschluss (Auslöschung, Blitz, Isolationsyerstörung, Zerstörung der supraleitenden Bedingung, etc.) den Formkörper
Da der Supraleiterdraht gemäß der vorliegenden Erfindung an seinen beiden Oberflächen mit der elektrisch leitenden Schicht me1 bzw. me2 aus einem bei Normaltemperatur eine elektrische Leitfähigkeit besitzenden Metall versehen ist und somit einen Effekt zur Verstärkung einer mechanischen Steifigkeit des Supraleiterdrahtes selbst anbietet, und gleichzeitig die elektrisch leitende Schicht me1 bzw. me2 beim Entstehen des Kurzschlussunfalls eines supraleitenden Systems zusammen mit dem Formkörper eine Funktion als Rückleiter durchführt, kann kann der Durchmesser des Formkörpers im Vergleich zum supraleitenden Kabel, auf das der Supraleiterdraht ohne die elektrisch leitende Schicht me1 bzw. me2 angewandt ist, verkleinert werden, so dass auch ein Effekt zur Reduzierung des Durchmessers und des Gewichtes des gesamten supraleitenden Kabels erhalten werden kann. Dies wird nachfolgend näher analysiert.Since the superconducting wire according to the present invention is provided on both surfaces thereof with the electrically conductive layer me1 and me2, respectively, of a metal having an electric conductivity at normal temperature and thus offers an effect of enhancing mechanical rigidity of the superconducting wire itself, and at the same time the electrically conductive one Layer me1 or me2 performs a function as a return conductor when the short-circuit accident of a superconducting system is formed together with the molded body, the diameter of the molded body can be compared to the superconducting cable to which the superconducting wire without the electrically conductive layer me1 or me2 is applied. be reduced, so that an effect can be obtained to reduce the diameter and the weight of the entire superconducting cable. This will be analyzed in more detail below.
Diesbezüglich weist der in
Daher kann der supraleitende Draht
Als ein im nachfolgend erwähnten Versuch verwendeter Supraleiterdraht wurde ein supraleitender Draht verwendet, der eine Breite von 0,4 mm bis 0,5 mm und eine Dicke von 0,3 mm bis 0,5 mm aufweist, d. h. mit y = 0,1.As a superconducting wire used in the below-mentioned experiment was a superconducting wire having a width of 0.4 mm to 0.5 mm and a thickness of 0.3 mm to 0.5 mm, that is, y = 0.1.
Dabe kann die elektrisch leitende Schicht mittels der Lötung jeweils an den bestehenden Supraleiterdrähten angefügt sein, wie später erwähnt.Thereby, the electrically conductive layer may be attached to the existing superconducting wires by means of the soldering, as mentioned later.
Wenn die elektrisch leitende Schicht me1 bzw. me2 mittels der Lötung jeweils an den beiden Oberflächen der bestehenden Supraleiterdrähte
Obwohl die jeweilige elektrisch leitende Schicht me1 bzw. me2 eine Breite von x (mm) und eine Dicke von y (mm) bis 2y (mm) aufweist, wird sie ferner an den beiden Oberflächen der Supraleiterdrähte mit einer bestehenden Dicke von y (mm) angefügt, weshalb in diesem Fall die elektrische Leitfähigkeit anhand des Skineffektes, etc. noch größer wird, als bei dem Fall, bei dem die elektrisch leitende Schicht mit einer Dicke von 2y (mm) bis 4y (mm) nur an einer Oberfläche der jeweiligen bestehenden Supraleiterdrähte angefügt wird.Although the respective electrically conductive layer me1 or me2 has a width of x (mm) and a thickness of y (mm) to 2y (mm), it is further formed on the two surfaces of the superconducting wires having an existing thickness of y (mm). Therefore, in this case, the electric conductivity becomes larger due to the skin effect, etc., than in the case where the electrically conductive layer having a thickness of 2y (mm) to 4y (mm) is formed on only one surface of the existing one Superconducting wires is added.
Falls die elektrisch leitende Schicht jeweils an den beiden Oberflächen des Supraleiterdrahtes angefügt ist, kann das Trennungsphänomen der elektrisch leitenden Schicht beim Biegen des Supraleiterdrahtes minimiert und somit die Steifigkeit besser verstärkt werden, als bei dem Fall, bei dem die elektrisch leitende Schicht nur an einer Oberfläche des bestehenden Supraleiterdrahtes angefügt ist, wobei es auch beim Verwenden der elektrisch leitenden Schicht als Rückleiter vermutlich günstig sein kann, jeweils an den beiden Oberflächen des Supraleiterdrahtes die elektrisch leitende Schicht anzufügen und auch das Durchmesser des Formkörpers zu verkleinern.If the electroconductive layer is attached to each of the two surfaces of the superconducting wire, the separation phenomenon of the electroconductive layer in bending the superconducting wire can be minimized, and thus the rigidity can be better enhanced than in the case where the electroconductive layer is only on one surface is added to the existing superconducting wire, and it may also be favorable when using the electrically conductive layer as the return conductor, in each case attach the electrically conductive layer on the two surfaces of the superconducting wire and also to reduce the diameter of the shaped body.
Beträgt die Dicke der jeweiligen bestehenden Supraleiterdrähte hierbei ca. 0,1 mm, während die Dicke der jeweiligen elektrisch leitenden Schichten ca. 0,1 bis 0,2 mm beträgt, dann kann die Dicke des supraleitenden Drahtes gemäß der vorliegenden Erfindung 0,3 bis 0,5 mm betragen, so dass man so ansehen könnte, dass die Dicke der jeweiligen supraleitenden Drähte gemäß der vorliegenden Erfindung im Vergleich zu der der jeweiligen bestehenden Supraleiterdrähte im großen Maßstab vergrößert würde. Jedoch stell auch die Dicke der jeweiligen verbesserten Supraleiterdrähte nur ein Niveau vom Dünnfilm dar und somit ist ihr Einfluss auf die ganze Dicke des supraleitenden Kabels nicht groß. Trotzdem kann die Querschnittsfläche des Formkörpers, bei dem die nicht isolierten Litzen in einer sehr kompakten Form ausgestaltet sind, wie oben erwähnt, um 10% bis 40% reduziert werden.If the thickness of the respective existing superconducting wires is about 0.1 mm while the thickness of the respective electrically conductive layers is about 0.1 to 0.2 mm, then the thickness of the superconducting wire according to the present invention may be 0.3 to 0.5 mm, so that it could be considered that the thickness of the respective superconducting wires according to the present invention would be increased in comparison with that of the respective existing superconducting wires on a large scale. However, the thickness of each of the improved superconducting wires is only one level of the thin film, and thus their influence on the whole thickness of the superconducting cable is not large. Nevertheless, the cross-sectional area of the molded article in which the uninsulated strands are formed in a very compact shape as mentioned above can be reduced by 10% to 40%.
Dadurch kann erfindungsgemäß der supraleitende Draht bereitgestellt werden, welcher eine Breite von 0,4 mm bis 0,5 mm und eine Dicke von 0,3 mm bis 0,5 mm besitzt, und unter der Verwendung eines supraleitenden Materials, wie YBCO oder ReBCO (Re = Sm, Gd, Nd, Dy, HO) hergestellt wird, sowie bei welchem ein Schwellenstrom (DC Ic) im Eigenfeld bei Temperatur von 77 K unter Luftdruck von 1 bar 150 A bis 500 A betragen kann.Thus, according to the present invention, the superconducting wire having a width of 0.4 mm to 0.5 mm and a thickness of 0.3 mm to 0.5 mm can be provided, and using a superconducting material such as YBCO or ReBCO (FIG. Re = Sm, Gd, Nd, Dy, HO) is prepared, and in which a threshold current (DC Ic) in the self-field at a temperature of 77 K under air pressure of 1 bar 150 A to 500 A can be.
Noch genauer gesagt, zeigt
Aus Gründen der besseren Ausführungen wird der supraleitende Draht
Dabei kann der supraleitende Draht gemäß der vorliegenden Erfindung denjenigen der ersten oder der zweiten Generation darstellen.In this case, the superconducting wire according to the present invention may be those of the first or the second generation.
Diesbezüglich wird der Fall, bei dem ein elektrischer Widerstand bei der Temperaturbedingung, bei der die Temperatur weniger als ein bestimmter Wert ist, auf ,Null' geht, ein supraleitendes Phänomen genannt, während der Fall, bei dem ein supraleitendes Phänomen bei der im Vergleich zu der absoluten Temperatur relativ hohen Temperatur, die einer absoluten Nullpunkt (0 K (–273°C)) nicht gleich, sondern an 100 K (–173°C) nahe ist, auftritt, einen Hochtemperatur-Supraleiter genannt wird. Als die Supraleiterdrähte, die im Bereich vom Stromzuführungskabel verwendet werden, werden die Hochtemperatur-Supraleiter verwendet, wobei schon die Supraleiterdrähte der ersten Generation, die als Hauptmaterial ein Silber(Ag)-Basismaterial und BSCCO aufweisen, sowie die Supraleiterdrähte der zweiten Generation vom beschichteten Leitertyp, die als Hauptmaterial YBCO und ReBCO aufweisen, vorgestellt wurden. Dabei bedeuten die Supraleiterdrähte der zweiten Generation diejenigen, bei welchen als das supraleitende Material, das an einer Abscheidungsschicht der Supraleiterdrähte vorgesehen ist, hauptsächlich YBCO oder ReBCO (Re = Sm, Gd, Nd, Dy, Ho), etc. verwendet werden.In this regard, the case where an electric resistance at the temperature condition in which the temperature is less than a certain value goes to 'zero' is called a superconducting phenomenon, while the case where a superconducting phenomenon is used in comparison with the absolute temperature relatively high temperature, which is not equal to an absolute zero point (0 K (-273 ° C)) but close to 100 K (-173 ° C) occurs, is called a high-temperature superconductor. As the superconducting wires used in the area of the power supply cable, the high-temperature superconductors are used, even the first-generation superconducting wires having as a main material a silver (Ag) base material and BSCCO and the second-generation coated-conductor type superconducting wires presenting as main material YBCO and ReBCO were. Here, the second-generation superconducting wires mean those in which as the superconducting material provided on a deposition layer of the superconducting wires, mainly YBCO or ReBCO (Re = Sm, Gd, Nd, Dy, Ho), etc. are used.
Werden die Supraleiterdrähte der zweiten Generation hier ausführlich beschrieben, dann können sie derart ausgelegt sein, dass sie eine metallische Substratschicht, eine Abscheidungsschicht, Silber(Ag)-Schicht oder dergleichen aufweisen. Dabei wird die metallische Substratschicht als Basiselement des Supraleiterdrahtes verwendet und dient dazu, die mechanische Festigkeit der Supraleiterdrähte aufrecht zu erhalten, wobei für diese ein Material, wie z. B. Hastelloy, Nickel-Wolfram(Ni-W), etc. verwendet werden kann. Ferner weist die Abscheidungsschicht eine Pufferschicht zum Abscheiden einer supraleitenden Schicht am Metallsubstrat, und eine supraleitende Schicht auf, wobei diese supraleitende Schicht als Stromführungspfad eines elektrischen Stroms beim Durchschalten verwendet wird.Here, when the second generation superconducting wires are described in detail, they may be designed to have a metallic substrate layer, a deposition layer, a silver (Ag) layer, or the like. In this case, the metallic substrate layer is used as the base element of the superconducting wire and serves to maintain the mechanical strength of the superconducting wires, with a material such. As Hastelloy, nickel-tungsten (Ni-W), etc. can be used. Further, the deposition layer has a buffer layer for depositing a superconducting layer on the metal substrate, and a superconducting layer, which is used as a current-carrying path of an electric current in turn-on.
Ferner kann die Silber(Ag)-Schicht aus einer Silber(Ag)- oder Kupfer(Cu)-Legierungsschicht bestehen. Dabei befindet sich die Silber(Ag)-Legierungsschicht zwischen der supraleitenden Schicht und der Kupfer(Cu)-Legierungsschicht und kann die Abscheidung ermöglichen, wobei die Kupfer(Cu)-Legierungsschicht eine Rolle zur Verstärkung der mechanischen Festigkeit spielen kann. Ferner können die jeweiligen Legierungsschichten je nach dem Anwendungsgerät hinsichtlich ihrer Dicke bzw. ihres Materials voneinander unterschiedlich ausgelegt sein, wobei sie die Eigenschaften aufweisen, bei denen die elektrische Leitfähigkeit bei der Normaltemperatur besteht.Further, the silver (Ag) layer may consist of a silver (Ag) or copper (Cu) alloy layer. At this time, the silver (Ag) alloy layer is located between the superconductive layer and the copper (Cu) alloy layer and may allow deposition, whereby the copper (Cu) alloy layer may play a role of enhancing mechanical strength. Furthermore, depending on the application device, the respective alloy layers may be designed differently with regard to their thickness or their material, wherein they have the properties in which the electrical conductivity exists at the normal temperature.
Allerdings stellen die in
Dadurch kann der supraleitende Draht gemäß der vorliegenden Erfindung geschaffen werden, welcher eine Breite von 0,4 mm bis 0,5 mm und eine Dicke von 0,3 mm bis 0,5 mm besitzt, und unter der Verwendung eines supraleitenden Materials, wie YBCO oder ReBCO (Re = Sm, Gd, Nd, Dy, HO) hergestellt wird, sowie bei welchem ein Schwellenstrom (DC Ic) im Eigenfeld bei Temperatur von 77 K unter Luftdruck von 1 bar 150 A bis 500 A betragen kann, wobei unter dem Eigenfeld eine elektromagnetische Umgebung verstanden wird, die durch einen elektrischen, durch den Draht selbst fließenden Strom erzeugt wird.Thereby, the superconducting wire according to the present invention having a width of 0.4 mm to 0.5 mm and a thickness of 0.3 mm to 0.5 mm can be provided, and by using a superconducting material such as YBCO or ReBCO (Re = Sm, Gd, Nd, Dy, H 2 O), and in which a threshold current (DC Ic) in its own field at a temperature of 77 K under atmospheric pressure of 1 bar 150 A to 500 A, wherein under the Self-field is understood to be an electromagnetic environment, which is generated by an electrical current flowing through the wire itself.
Dabei kann der Schwellenstrom mittels eines kontinuierlichen Messverfahrens im Abstand von ca. 0,5 m bis 1 m an einem zu messenden, supraleitenden Draht gemessen werden. Unter dem Schwellenstrom wird hierbei ein maximaler Strom (vor dem Kurzschluss, wie Auslöschung, etc.) verstanden, der durch das Anlegen einer dauerhaften Gleichspannung (DC) fließen kann.In this case, the threshold current can be measured by means of a continuous measuring method at a distance of about 0.5 m to 1 m on a superconducting wire to be measured. In this case, the threshold current is understood to be a maximum current (before the short circuit, such as extinction, etc.), which can flow through the application of a permanent DC voltage (DC).
Diesbezüglich zeigt
Ferner kann der Werkstoff einer metallischen Substratschicht
Oberhalb der metallischen Substratschicht
Beim in
Ferner kann die elektrisch leitende Schicht me1 bzw. me2 jeweils oberhalb und unterhalb des in
Der Grund, warum die elektrisch leitende Schicht me1 bzw. me2 jeweils an den beiden Seiten des supraleitenden Drahtes
Ferner ist der supraleitende Draht
Da der Durchmesser des Formkörpers
Wie in
Dabei kann die elektrisch leitende Schicht me1 bzw. me2 aus einem Metallmaterial in einer Form der metallischen Dünnfilmlage ausgestaltet sein, noch genauer aus einem Messingmaterial bestehen.In this case, the electrically conductive layer me1 or me2 can be configured from a metal material in a form of the metallic thin-film layer, more precisely consist of a brass material.
Mit dem Messing wird eine Legierung gemeint, die durch das Hinzufügen eines Zinks ins Kupfer erzeugt wird, wobei eine solche elektrisch leitende Schicht durch eine Kupferlegierung mit guter elektrische Leitfähigkeit außer dem Messing ersetzt werden kann.By brass is meant an alloy produced by adding a zinc to the copper, such an electrically conductive layer being replaced by a copper alloy having good electrical conductivity other than the brass.
Daher ist es vorteilhaft, dass eine elektrisch leitende Schicht aus dem Messing als Konzept, das eine Kupferlegierung außer dem Messing umfasst, zu verstehen sein sollte.Therefore, it is advantageous that an electrically conductive layer of brass should be understood as a concept comprising a copper alloy other than the brass.
Dabei kann die elektrisch leitende Schicht me1 bzw. me2 aus dem Metallmaterial, d. h. Messingmaterial, in der Form der metallischen Dünnfilmlage des Messings, etc. angefügt werden, wobei diese Messing-Dünnfilmlage eine Dicke 0,1 mm bis 0,2 mm aufweisen kann. Wenn es hierbei angenommen würde, dass eine Dicke einer elektrisch leitenden Schicht me aus einem Metallmaterial, die an einer Seite des supraleitenden Drahtes
Allerdings hat es sich gezeigt, dass, wenn die Dicke der an zumindest einer Seite des supraleitenden Drahtes
Beispielsweise kann es bei einem Ausführungsbeispiel vorgesehen sein, dass, wenn die Dicke des supraleitenden Drahtes
Mit anderen Worten wird die elektrisch leitende Schicht me1 bzw. me2 aus dem Messingmaterial als metallische Dünnfilmlage jeweils oberhalb und unterhalb des supraleitenden Drahtes
Auf diese Weise muss die angebrachte, elektrisch leitende Schicht me1 bzw. me2 elektrisch mit dem supraleitenden Draht
Diesbezüglich ist in
Mittels der beiden oben genannten Verfahren kann die Vergrößerung der Dicke oder des Volumens des supraleitenden Drahtes
Werden die metallische Substratschicht
Zudem können die elektrisch leitenden Schichten me1 und me2 als metallische Dünnfilmlage mittels der Lötung an dem supraleitenden Draht
Hierbei kann der Werkstoff der metallischen Substratschicht
Oberhalb der metallischen Substratschicht
Dabei kann jede Ummantelungslage, die die Pufferschichten
Auch der in
Auf diese Weise kann der Durchmesser des Formkörpers, der eine Rolle als Rückleiter des elektrischen Fehlerstroms übernehmen kann, mittels des Verfahrens reduziert werden, mittels welches an den beiden des supraleitenden Drahtes
Natürlich bestehen auch die metallische Substratschicht und die Silber(Ag)-Schicht, die den in
Wie oben beschrieben, weisen die elektrisch leitenden Schichten me aus einem Metallmaterial jedoch jeweils eine Dice von ca. 0,125 mm auf, weshalb sich die Strombelastbarkeit durch diese Schichten auf den Durchmesser des Formkörpers zum Übernehmen der Rolle als Rückweg des elektrischen Fehlerstroms auswirken kann.However, as described above, the electroconductive layers me of a metal material each have a dice of about 0.125 mm, which is why the current carrying capacity through these layers may affect the diameter of the molded body for taking over the role as the return path of the electric leakage current.
Beim Dimensionieren des Durchmessers des Formkörpers kann dieser Durchmesser daher so eingestellt werden, dass er zusammen mit der elektrisch leitenden Schichten me aus einem Metallmaterial der die supraleitende Leiterschicht aufbauenden Supraleiterdrähte
Der Schwellenstrom beim Anlegen eines Biegebelastung wird durch das Biegen des supraleitenden Drahtes
Wenn der supraleitende Draht gemäß der vorliegenden Erfindung so ausgebildet war, dass er eine Dicke von 3y bis 5y aufweist, wie in
Dabei stellt der Maßstab von der 95-prozentigen Stromdämpfung (IC relentation) ein Prüfverfahren dar, mittels welches durch das allmähliche Vergrößern einer Spannkraft an beiden Enden des supraleitenden Drahtes die Spannkraft gemessen wird, bis die 95-prozentige Strommenge der Ausgangsleistungsfähigkeit erhalten werden kann. Dies bedeutet daher dass auch beim Ausüben der Spannkraft von 200 Mpa (Megapascal) bis 800 Mpa an dem supraleitenden Draht zumindest 95-prozentige Strombelastbarkeit erhalten werden kann. Auf anderer Seite bedeuten diese Bedingungen, dass die Prüfungen mittels des in
Wie in
Wie in
Wie oben beschrieben, ist der supraleitende Draht gemäß der vorliegenden Erfindung mit den metallischen Schichtlagen versehen, so dass er während des Herstellungs- und des Verlegungsvorgangs eine genügende physikalische Festigkeit erhalten und somit neben der Biegebelastung auch beim Anlegen einer Zugspannung und Torsionsbeanspruchung die Bedingungen erfüllen kann, die über das 95 Prozent des Schwellenstroms des supraleitenden Drahtes ohne Zugspannung und Torsionsbeanspruchung hinausgehen.As described above, according to the present invention, the superconducting wire is provided with the metallic film layers so that it obtains sufficient physical strength during the manufacturing and laying operation, and thus in addition to the bending load Applying a tensile stress and torsional stress can meet the conditions that exceed the 95 percent of the threshold current of the superconducting wire without tensile stress and torsional stress.
Konkret kann der supraleitende Draht gemäß der vorliegenden Erfindung derart ausgebildet sein, dass sein Anspannungs-Schwellenstrom beim Anlegen einer Längsspannkraft von 250 MPa oder einer ihn um 0,2% ausstreckenden Längsspannkraft an ihn auch 95 Prozent oder mehr des vorstehenden normalen Schwellenstroms beträgt, und dass sein Verdrehungs-Schwellenstrom in einem Zustand, bei dem er im Abstand von 200 mm in eine Längsrichtung verdreht ist, auch 95 Prozent oder mehr des vorstehenden normalen Schwellenstroms beträgt.Concretely, the superconducting wire according to the present invention may be formed such that its threshold threshold current when applying a longitudinal clamping force of 250 MPa or 0.2% elongating clamping force to it is also 95% or more of the above normal threshold current, and its twist threshold current in a state of being twisted 200 mm apart in a longitudinal direction is also 95% or more of the above normal threshold current.
Ferner ist es vorteilhaft, dass in Bezug auf die Torsionsbeanspruchung auch der Verdrehungs-Schwellenstrom des supraleitenden Drahtes gemäß der vorliegenden Erfindung in einem Zustand, bei dem dieser im Abstand von 200 mm in eine Längsrichtung verdreht ist, 95 Prozent oder mehr des Schwellenstroms eines Supraleiterdrahtes ohne Verdrehung beträgt.Further, it is preferable that, with respect to the torsion stress, the torsional threshold current of the superconducting wire according to the present invention in a state where it is twisted 200 mm apart in a longitudinal direction, 95 percent or more of the threshold current of a superconducting wire without Twist is.
Ferner ist es vorteilhaft, dass die supraleitenden Drähte
Außerdem ist es vorteilhaft, dass ein Wechselstromverlust des supraleitenden Drahtes gemäß der vorliegenden Erfindung 0,4 W/kA·m oder weniger ist. Dabei bedeutet dieser Wechselstromverlust, dass der Verlut, der beim Durchschalten eines Wechselstrom von 1 kA durch den einzelnen supraleitenden Draht mit einer Länge von 1 m entsteht, 0,4 W oder weniger sein muss. Dies schreibt nicht einen Bereich des Wechselstroms eines supraleitenden Kabels, sondern eines einzelnen supraleitenden Drahtes vor.In addition, it is preferable that an AC loss of the superconducting wire according to the present invention is 0.4 W / kA · m or less. In this case, this AC loss means that the loss resulting from switching through an AC current of 1 kA by the single superconducting wire having a length of 1 m must be 0.4 W or less. This does not dictate a portion of the ac current of a superconducting cable but a single superconducting wire.
Darüber hinaus ist es vorteilhaft, dass auch beim gleichzeitigen Anlegen der Spannkraft und Verdrehung die Bedingungen des Schwellenstroms und des Widerstands in der Fügestelle anhand der gleichen Kriterien erfüllt werden müssen.In addition, it is advantageous that even with the simultaneous application of the clamping force and rotation, the conditions of the threshold current and the resistance in the joint must be met on the basis of the same criteria.
In diesem Zusammenhang dürfen die Supraleiterdrähte gemäß der vorliegenden Erfindung entlang die Längsrichtung eines Kabels in die Längsrichtung aneinander gefügt werden, wobei der Übergangswiderstand pro Fügestelle 200 nΩ oder weniger sein kann. Aber ist es dabei vorausgesetzt, dass dieser Übergangswiderstand in einem Zustand gemessen wird, bei dem der supraleitende Draht nicht mit der mechanischen Spannung belastet wird, wobei es auch vorteilhaft ist, dass der Widerstand pro Fügestelle des Supraleiterdrahtes auch in einem Zustand nicht um 20% oder mehr erhöht wird, bei dem die Supraleiterdrähte mit der Spannkraft belastet und auf dem Formkörper, etc. des supraleitenden Kabels gewunden sind.In this connection, the superconducting wires according to the present invention may be joined along the longitudinal direction of a cable in the longitudinal direction, and the contact resistance per joint may be 200 nΩ or less. However, it is assumed that this contact resistance is measured in a state where the superconducting wire is not loaded with the stress, and it is also preferable that the resistance per joint of the superconducting wire is not increased by 20% or so even in a state is increased more, in which the superconducting wires loaded with the clamping force and wound on the molding, etc. of the superconducting cable.
Folglich ist es vorteilhaft, dass der Übergangswiderstand auch beim Anlegen einer Last von 3 kg bis 8 kg, d. h. einer Spannkraft, an diesen supraleitenden Draht in eine Längsrichtung dessen in einem Zustand, bei dem dieser supraleitende Draht auf einem Formkörper des supraleitenden Kabels mit einer Steigung von mehr oder weniger um 220 mm gewunden ist, mit 240 nΩ oder weniger gemessen oder nur um 20% oder weniger eines normalen Übergangswiderstands erhöht wird.Consequently, it is advantageous that the contact resistance also when applying a load of 3 kg to 8 kg, d. H. a tensile force, to this superconducting wire in a longitudinal direction thereof in a state in which this superconducting wire is wound on a shaped body of the superconducting cable with a pitch of more or less 220 mm, measured by 240 nΩ or less, or by only 20% or less of a normal contact resistance is increased.
Nur wenn die elektrischen Eigenschaften, bei denen der Schwellenstrom des Supraleiterdrahtes gegenüber den obigen physikalischen Belastungen ca. 95% oder mehr des Schwellenstroms des Supraleiterdrahtes ohne Belastungen betragen muss, erfüllt werden können, dann können die Dauerhaltbarkeit und die elektrische Leitfähigkeit der Supraleiterdrähte während des Herstellungs- und des Verlegungsvorgangs des supraleitenden Kabels gewährleistet werden.Only if the electrical properties, in which the threshold current of the superconducting wire must be about 95% or more of the threshold current of the superconducting wire without load, can be satisfied, the durability and the electrical conductivity of the superconducting wires during the manufacturing process and the laying operation of the superconducting cable.
Unter dem Schwellenstrom wird hierbei ein maximaler Strom (vor dem Kurzschluss, wie Auslöschung, etc.) verstanden, der durch das Anlegen einer dauerhaften Gleichspannung (DC) fließen kann. Wenn der Strom über den Schwellenstrom durchgeschaltet wird, dann wird der Widerstand daher plätzlich erhöht und auch die Spannung plötzlich erhöht. Daher ist es nicht vorteilhaft, dass die Erhöhungsrate der Spannung in übertriebenem Maße zu groß ist.In this case, the threshold current is understood to be a maximum current (before the short circuit, such as extinction, etc.), which can flow through the application of a permanent DC voltage (DC). If the current is switched through the threshold current, then the resistance is therefore increased suddenly and the voltage is suddenly increased. Therefore, it is not preferable that the rate of increase of the voltage is exaggeratedly excessive.
Als Supraleiterdraht der zweiten Generation gemäß der vorliegenden Erfindung ist der supraleitende Draht bevorzugt, der derart ausgebildet ist, dass ein Gradient einer elektrischen Spannung gegenüber einem elektrischen Strom, der gleich ist wie oder größer ist als der vorstehende, normale Schwellenstrom, einen Bereich von 25 bis 30 erfüllt. Dabei kann dieser Gradient (n) mittels des Verfahrens zur Messung des Schwellenstroms natürlich gemessen werden.As the second-generation superconducting wire according to the present invention, the superconducting wire formed such that a gradient of an electric voltage to an electric current equal to or greater than the above normal threshold current, a range of 25 to 30 fulfilled. In this case, this gradient (n) can of course be measured by means of the method for measuring the threshold current.
Unter der Hermetizität des Supraleiterdrahtes wird es verstanden, dass dieser Supraleiterdraht in einem Zustand, bei dem er in einem Flüssigstickstoff mit hohem Druck eingetaucht ist, nicht aufgeblasen und seine Ursprungsform aufrechterhalten wird sowie der vorbestimmte Bereich des Schwellenstroms sichergestellt wird.The hermeticity of the superconducting wire is understood to mean that this superconducting wire is not inflated and maintained in a state of being immersed in a liquid nitrogen at high pressure, and the predetermined range of the threshold current is ensured.
Hierbei kann ein Prüfverfahren verwendet werden, mittels welches eine visuelle Inspektion und eine Messung eines Schwellenstroms durchgeführt werden, nachdem ein Metallrohr (s), in dem der supraleitende Draht
Wird der Supraleiterdraht unter diesen Prüfbedingungen in der visuellen Inspektion nicht aufgeblasen und sein Schwellenstrom im Bereich von ca. 95 Prozent eines üblichen Schwellenstroms erhalten wird, dann kann man so erkennen, dass die Hermetizität des Supraleiterdrahtes erfüllt wird.If the superconducting wire is not inflated under these test conditions in the visual inspection and its threshold current in the range of about 95 percent of a conventional threshold current is obtained, then it can be seen so that the hermeticity of the superconducting wire is met.
Wie oben beschrieben wurde die vorliegende Beschreibung in Bezug auf die bevorzugten Ausführungsbeispiele der Erfindung erläutert. Allerdings wird ein Fachmann die Erfindung vielfältig modifizieren und verändern, ohne den Gedanken und den Umfang der Erfindung zu verlassen, die in den nachfolgend erläuterten Patentansprüchen beschrieben wird. Weisen die variierten Ausführungsbeispiele daher grundsätzlich die Bestandteile der erfindungsgemäßen Patentansprüche auf, dann sollten sie auch als in dem technischen Rahmen der Erfidnung eingeschlossen angesehen werden.As described above, the present description has been explained with reference to the preferred embodiments of the invention. However, one skilled in the art will variously modify and change the invention without departing from the spirit and scope of the invention as described in the following claims. If the varied embodiments therefore basically comprise the components of the claims according to the invention, then they should also be regarded as included in the technical scope of the invention.
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